一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法与流程

本发明属于发光器件制造领域，具体涉及一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法。

背景技术：
：

发光二极管被誉为新一代的照明光源，在室内外照明、大屏显示、背光、交通信号灯、汽车灯等各个领域都具有广泛的应用。

利用半导体实现白光照明一直是研究的热点，目前常用的而且最为成熟的一种方法是在蓝光LED芯片上涂抹一层黄色荧光粉，使得蓝光和黄光混合形成白光，但是荧光粉的材质对白光LED的衰减影响很大。另一种是利用紫外光LED加RGB三波长荧光粉来达到白光的效果，其发光效率比蓝光好上许多，但该方法仍面临较大的技术瓶颈，也就是如何把荧光粉有效的附着在晶粒上。

因此，制备出高效的白光LED芯片，一直是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

技术实现要素：
：

本发明的目的是提供一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法，在现有的工艺基础上就能实现该结构LED芯片的制备，并且能够实现在无荧光粉的情况下发出白光。

为解决上述问题，本发明提供了一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法，包括如下步骤：

提供蓝宝石材料衬底，标记[1-100]和[11-20]晶向；

在所述的蓝宝石衬底沉积缓冲层，优选的，缓冲层为GaN薄膜；

在所述GaN缓冲层上沉积N型GaN薄膜；

在所述N型GaN薄膜上沉积SiO₂薄膜，所述的SiO₂薄膜厚度为150-300nm；

沿蓝宝石衬底[1-100]和[11-20]晶向在所述的SiO₂薄膜上进行刻蚀，获得SiO₂掩膜。优选的SiO₂掩膜的宽度约为8nm，间隔4nm。

在所述的SiO₂掩膜上依次沉积N型GaN，InGaN/GaN量子阱，P型GaN；

刻蚀至N型GaN表面形成与N型GaN层电连接的N型电极，形成与P型GaN电连接的P型电极；

附图说明

图1-5是本发明GaN基白光LED芯片结构的制作方法一实施例中各个步骤的结构示意图。

图6为本发明实施例中GaN基白光LED外延片的扫描电镜俯视图。

图7为本发明实施例中GaN基白光LED芯片在150mA的驱动电流下的电致发光谱。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

首先请参考图1，提供衬底100，所述衬底材料为蓝宝石(Al₂O₃)衬底。

在所述衬底材料上沉积一定厚度的缓冲层，优选的，所选的缓冲层为GaN薄膜101。

在所述的GaN薄膜101上沉积N型GaN薄膜102。

在这之后在N型GaN薄膜102上沉积SiO₂薄膜103，实施例中，所述SiO₂薄膜厚度20nm。

请参考图2、图3，沿着蓝宝石衬底[1-100]和[11-20]晶向在所述的SiO₂薄膜103上进行刻蚀，获得图形化SiO₂掩膜104。需要说明的是，沿此两个晶向刻蚀SiO₂薄膜103为后续生长获得不同晶体结构的GaN薄膜提供了关键性的作用。实例中，所述的SiO₂掩膜104的宽度约为8nm，间隔4nm。采用CF₄和O₂为刻蚀气体，标准光刻工艺和反应离子刻蚀制备图形化SiO₂掩膜104，需要说明的是，本实例采用的刻蚀方法和工艺只是本发明的一个实例，本发明对制备所述SiO₂掩膜104的方法不作限定。图2为SiO₂掩膜104的剖面示意图，图3为SiO₂掩膜104的俯视示意图。

请参考图4，在所述SiO₂掩膜104上依次沉积N型GaN薄膜105、InGaN/GaN量子阱106a和106b、P型GaN薄膜107。需要说明的是，InGaN/GaN量子阱106a和106b是在同一条件下生长获得的。

请参考图5，在所述的P型GaN薄膜表面沉积透明导电层108；刻蚀外延片至N型GaN表面形成与N型GaN层电连接的N型电极109，形成与透明导电层108电连接的P型电极110。

具体的，在实施例中，所述的GaN薄膜缓冲层101的生长温度为500℃。所述的N型GaN薄膜102厚度为2μm，生长温度为1010℃。所述的N型GaN薄膜105的生长温度为990℃。所述的InGaN/GaN量子阱106中的GaN势垒层生长温度为780℃，InGaN的生长温度为670℃。所述的P型GaN薄膜107的温度为950℃。图6为实验中制备的GaN基白光LED芯片扫描电镜(SEM)的俯视图。图7为实验中制备的GaN基白光LED器件在150mA驱动电流下的电致发光谱(EL)。从图中可以看出，本发明制备的量子阱发光峰具有445nm和560nm两个发光峰。这是由于在c面(0001)生长的InGaN量子阱106a中In组分含量相比在半极性面(1-101)上生长的InGaN量子阱106b高，使得同一芯片上生长的量子阱能够发出两种波段的光，这种两波段的光谱重叠使得LED芯片发出近似白光，从而实现无荧光粉的GaN基白光LED的制备。

此外，需要说明的是，虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。本发明的LED芯片结构可以但不限于采用上述的制作方法得到。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种改动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。